JP2007294566A - 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】好適な外部への光取り出し構造を有する半導体発光素子と、その製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】発光層３を含む積層構造１０を有する半導体発光素子構造３０を基板１上に設けた半導体発光素子であって、半導体発光素子構造３０は、積層構造１０の上端面４ａにおいて、発光層３より基板面１ａに近い層が露出した底面２０ｂを有する凹状に形成された部位２０における第１の側面２０ａと、積層構造１０の外周に形成された第２の側面７とを有し、第１の側面２０ａは、発光層３若しくは基板面１ａに略垂直に、かつ少なくとも一部が互いに対向するように形成され、第２の側面７は、積層構造１０の上端面４ａと基板面１ａに接する積層構造１０の下端面とを接続し、上端面４ａから下端面に向かって内側に傾斜する傾斜面として形成される。
【選択図】図１

Description

半導体を用いて発光素子構造を形成した半導体発光素子において、光出射面と光反射面を備えた半導体発光素子及びその製造方法に関する。

従来の半導体発光素子は、半導体発光素子によって発光した光を効率的に半導体発光素子外部に取り出すために、光取り出し面と、当該光取り出し面に光を集めるための光反射面を、その構造面に備えた半導体発光素子が提案されている。

特開平１０−３０８５３２号公報（段落００３２〜段落００４２、図３） 特開平１０−３４１０３５号公報（段落００１２〜段落００１７、図２） 特開２００２−０２６３８２号公報（段落００１４〜段落００１５、図１、図２） 特開平０６−２４４４５８号公報（段落０００６〜段落０００８、図１） 特開平０８−１０２５４９号公報（段落００１６〜段落００２１、図１） 特開２００４−００６６６２号公報（段落０００６〜段落０００９、図１） Jpn. J. Appl. Phys. Vol.42(2003), L1405-L1407, Part 2, No.12A, 1 December 2003. J. of Crystal Growth 182(1997), 17-22.

しかしながら、特許文献１及び特許文献４から特許文献６に記載されたＬＥＤのように、基板材料と半導体材料が異種の材料であるヘテロ構造体の場合には、一般的には、半導体層と基板に対する加工方法がそれぞれ異なるため、それぞれの主面に対して別々の工程において加工する必要がある。この加工上の制約のため、反射面や光取り出し構造などにも制約が生じることになる。

したがって、特許文献３の図２に示されるような半導体層と基板とを一体的に加工して連続した反射面を形成することは、ヘテロ構造体の場合には困難であった。特に、窒化物半導体を用いる半導体発光素子においては、その基板としてサファイア基板、ＳｉＣ基板が好適に用いられるが、これらの基板材料はそれぞれ硬度が高く（サファイアのモース硬度は９［修正モース硬度は１２］、ＳｉＣの修正モース硬度は１３）、機械加工が困難であった。さらに、サファイアのように、劈開性に乏しく、化学エッチングも困難である場合には、基板の劈開性及びエッチング性を利用した加工が困難であった。このような基板に所望の反射面、傾斜面を形成するには、相応の加工時間を要し、生産性が低下する傾向があった。また、加工時における半導体への衝撃による損傷の問題もあった。
また、非特許文献１、非特許文献２には、ＫＯＨエッチングによるＧａＮの各結晶面の異方性エッチング、各極性面による選択エッチングについての開示がある。

このため、半導体と基板とを一体的に加工すること、双方を覆う反射面（傾斜面）を形成することは困難であり、半導体、基板のいずれか一方の加工による反射面の形成に留まるのが実情であった。また、特許文献２の図１１に記載のＬＥＤのように、ｐ側電極及びｎ側電極を同一面側として基板を光取り出し方向にする場合には、基板上にメサ形状、すなわち側面の傾斜勾配の角度が９０°未満の半導体層を形成するため、基板主面上から比較的容易に加工することができる。他方、特許文献１の図３に記載のＬＥＤのように、逆メサ形状の半導体層を形成するには、加工の制御が難しく、精度よく形状を形成することが困難であった。そして、傾斜面と発光構造とを好適に連携させた構造にしないと、良好な光取り出しが実現できず、従来の加工方法を用いたのでは製造コスト増につながる傾向にあった。

本発明は、このような問題を解決するために創案されたものであり、好適な外部光取り出し構造を有する半導体発光素子と、その製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、一実施形態に係る半導体発光素子は、発光層を含む半導体構造を有する半導体発光素子構造を基板上に設けた半導体発光素子であって、前記半導体発光素子構造は、前記半導体構造の上端面において、前記発光層より前記基板面に近い半導体層が露出した底面を有する凹状に形成された部位における第１の側面と、当該半導体発光素子構造の外周の少なくとも一部に形成された第２の側面とを有し、前記第１の側面は、前記発光層若しくは前記基板面に略垂直若しくは前記凹状に形成された部位の底面より開口部側が幅広に傾斜した面であり、かつ少なくとも一部が互いに対向するように形成され、前記第２の側面は、前記半導体構造の上端面と前記基板面に接する前記半導体構造の下端面とを接続し、前記上端面から前記下端面に向かって内側に傾斜する傾斜面として形成されたことを特徴とする。

かかる構成によれば、半導体発光素子構造内を横方向に伝播して、凹状に形成された部位に発光層若しくは基板面に略垂直又は順メサに形成された第１の側面に到達した光は、一部は第１の側面によって反対側の半導体構造の端面に形成された側面方向に反射され、一部は凹状に形成された部位に出射されて対向する第１の側面から再び半導体発光素子構造内に入射する。そして、半導体発光素子構造内に入射した光は、外周に形成された側面方向に進行する。また、外周に形成された側面方向に向かって進行する光は、傾斜して形成された第２の側面によって観測面方向である上方向に反射され、外部に取り出される有効な光量を増加させる。

他の態様に係る半導体発光素子には、（１）正負電極を半導体発光素子構造の上端面側に設ける、（２）正負電極の一方を、前記凹状に形成された部位の底面上に設ける、（３）第１の側面は、前記凹状に形成された部位の底面を囲む全周に形成される、（４）半導体は窒化物半導体であり、基板の屈折率が前記窒化物半導体の屈折率より小さい、（５）半導体は窒化物半導体であり、前記第２の側面が、前記窒化物半導体のエッチング面として形成される、（６）エッチング面が、前記半導体構造の下端面に略平行な前記窒化物半導体の（０００−１）面（Ｎ極性面）からウェットエッチングされて形成された面である、（７）第２の側面が、前記窒化物半導体の｛１−１０２｝面である、（８）エッチング面が、凹凸形状を有する、（９）凹凸形状を有するエッチング面が、該凹凸形状を構成する凹部又は凸部の少なくとも一方が｛１−１０２｝面の多面体によって構成される、などがある。

上記（１）により、光の観測面方向を電極を設けた面と同じ方向とし、基板を下側にして実装するフェースアップ実装をすることができ、上記（２）により、半導体発光素子構造の外周端面を第２の側面の形成領域とし、半導体発光素子構造の基板面に近い導電型半導体層とコンタクトする正負電極の内の一方の電極を設けることができるために、外部への取り出し光量を低減することがない。上記（３）により、凹状に形成された部位が半導体発光素子構造の内側に形成され、半導体発光素子構造の端部に第２の側面が形成されるため、半導体発光素子構造内を横方向に導波する光は、第２の側面によって観測面方向に効果的に反射される。上記（４）により、高屈折率の半導体発光素子構造内を進行する光の多くは、相対的に低屈折率の基板との界面で全反射して基板内には進行せず、半導体構造内を横方向に導波し、第２の側面によって外部に取り出される有効な光量を増加させる。上記（５）により、第２の側面が窒化物半導体のエッチング面として形成されるため、窒化物半導体からなる半導体発光素子構造の端部に、発光層を含む連続した側面が形成される。上記（６）により、第２の側面がウェットエッチングによって窒化物半導体の結晶面として形成されるため、安定した傾斜角度の傾斜面が形成される。上記（７）により、第２の側面が窒化物半導体結晶の｛１−１０２｝面によって形成されるため、好適な傾斜角度の傾斜面が形成される。上記（８）により、半導体発光素子構造内を横方向に導波して、第２の側面に到達した光の一部を第２の側面に設けた凹凸形状によって乱反射等で端面から出射・反射し、半導体発光素子構造の外部に取り出されるため、第１の側面及び第２の側面によって繰り返し反射され、減衰していた光を外部に取り出すことができ、結果として、外部に取り出される光量を増加させる。また、上記（９）により、凹凸形状が、エッチングにより安定した形状で周期的に配されるため、第２の側面全域からムラなく光を取り出すことができる。

一実施形態に係る半導体発光素子は、基板上に窒化ガリウム系半導体を用いた半導体発光素子構造を有する半導体発光素子であって、窒化ガリウム系半導体は、基板との界面側がＮ極性面であり、半導体発光素子構造の端部側面の少なくとも一部は、窒化ガリウム系半導体の｛１−１０２｝面によって構成されたことを特徴とする。

かかる構成によれば、半導体発光素子構造の端部側面が、窒化ガリウム系半導体の｛１−１０２｝面によって形成されるため、好適な傾斜角度の傾斜面が形成され、積層構造内を横方向に導波する光を効率的に観測面方向へ反射させ、外部への取り出し光量を増加させる。また、窒化ガリウム系半導体の基板面との界面をＮ極性面としたため、基板側からウェットエッチングすることで所望の傾斜面を形成することができる。他の態様では、端部側面が、前記半導体発光素子構造の上端面側から前記下端面側に向かって内側に傾斜する傾斜面として形成される。

一実施形態に係る半導体発光素子の製造方法は、発光層を含む半導体構造を有する半導体発光素子構造を備えた半導体発光素子の製造方法であって、基板上に、前記半導体構造を前記基板との界面として前記半導体発光素子構造を形成する工程と、前記半導体構造の上端面と異なる結晶面を露出させる工程と、前記半導体構造に、ウェットエッチングによって前記発光層若しくは前記基板面に垂直な面に対して傾斜した側面を形成する工程と、を含み、前記ウェットエッチングにおいて、前記半導体構造の上端面と異なる結晶面におけるエッチングレートは、前記半導体構造の上端面におけるエッチングレートよりも大きいことを特徴とする。

かかる手順によれば、半導体構造の上端面と異なる結晶面におけるエッチングレートが、半導体構造の上端面におけるエッチングレートよりも大きいため、エッチングレートの大きな下端面側の方が速くエッチングされ、結果として、上端面から下端面に向かって内側に傾斜する逆傾斜面が形成される。

他の態様に係る半導体発光素子の製造方法には、（１）結晶面を露出させる工程が、半導体構造との界面を構成する基板面を露出させる、（２）露出させた結晶面側の端部が、前記半導体構造の上端面側の端部よりも前記半導体構造の内側になるまでウェットエッチングする、がある。
上記（１）により、基板を露出させてエッチングするため、半導体構造の上端面から下端面（基板面）にかけて形成された半導体発光素子構造の半導体構造における側面全域に対して逆傾斜面が形成される。上記（２）により、半導体構造の露出させた結晶面側の端部が、逆傾斜面となる。

一実施形態に係る半導体発光素子の製造方法は、基板上に該基板との界面がＮ極性面である窒化ガリウム系半導体を用いた半導体発光素子構造を有する半導体発光素子の製造方法であって、前記基板上に、ｎ型半導体層とｐ型半導体層とを含み、該ｎ型半導体層と該ｐ型半導体層との間に発光層を有する半導体構造を形成する工程を具備し、該半導体構造を形成する工程の後に、前記ｐ型半導体層の上に、ｐ側電極を形成する工程と、前記半導体構造においてｎ側電極を形成する領域を前記ｎ型半導体層が露出するまでエッチングする工程と、前記露出したｎ型半導体層の上に、ｎ側電極を形成する工程と、前記半導体構造の一部を、前記基板面が露出するまでエッチングして、前記半導体発光素子構造に端部を形成する工程と、前記基板面が露出した前記半導体発光素子構造の端部を、前記界面からウェットエッチングする工程と、を含むことを特徴とする。

かかる手順によれば、基板との界面がＮ極性面である窒化ガリウム系半導体を用いて半導体発光素子構造を形成し、その端部の基板面を露出させてウェットエッチングするため、その端部に逆傾斜面を形成することができる。また、半導体発光素子構造の表面から基板面にかけての外周側面全域において、窒化ガリウム系半導体結晶の所定の結晶面によって連続した逆傾斜面が形成される。

一実施形態に係る半導体発光素子の製造方法は、基板上に該基板との界面がＮ極性面である窒化ガリウム系半導体を用いた半導体発光素子構造を有する半導体発光素子の製造方法であって、前記基板上に、ｎ型半導体層とｐ型半導体層とを含み、該ｎ型半導体層と該ｐ型半導体層との間に発光層を有する半導体構造を形成する工程を具備し、該半導体構造を形成する工程の後に、前記半導体構造の一部を、前記基板面が露出するまでエッチングして、複数の半導体発光素子構造の間に、前記半導体構造の端部を形成する工程と、前記基板面が露出した前記半導体構造の端部を、前記界面からウェットエッチングし、前記複数の半導体発光素子構造間の、互いに隣接する前記半導体構造の端部間の距離を、前記半導体構造の上端面側より基板面側で広くする工程と、前記複数の半導体発光素子構造間の、互いに隣接する端部間で、前記基板を切断して、各半導体発光素子に分離する工程と、を含むことを特徴とする。

かかる手順によれば、半導体発光素子の分離において、狭い幅で基板を露出し、隣接する半導体発光素子の間隔を、半導体構造の基板側で広くして、半導体発光素子の分割に十分な切り代を設けることができる。これにより、半導体発光素子の面積を増加し、ウエハ当たりに作製できる素子数を増大することができる。

一実施形態の発明によれば、半導体発光素子内で発光した光を第１の側面及び第２の側面によって効果的に観測面方向に偏向することができるため、外部への光取り出し効率の良好な半導体発光素子とすることができる。また、別の実施形態の発明によれば、半導体発光素子の外周側面に、好適な傾斜角度の傾斜面が安定して形成されるため、外部への光の取り出し効率が良好で、かつチップ毎のばらつきが少ない半導体発光素子とすることができる。

また、半導体発光素子の製造方法の一実施形態に係る発明によれば、ウェットエッチングによって逆傾斜面を形成するため、逆傾斜面の形状を容易に、かつ安定して形成することができる。別の実施形態の発明によれば、所定の結晶構造を有する半導体を用いた半導体発光素子に対してウェットエッチングによって側面を形成するため、所望の傾斜角度の逆傾斜面を精度よく、かつ安定して形成することができる。また、更に別の実施形態の発明によれば、半導体発光素子の面積を増加し、ウエハ当たりに作製できる素子数を増大することができる。

以下、発明の実施の形態について適宜図面を参照して説明する。
本実施の形態にかかる半導体発光素子は、窒化物半導体を積層してなるＬＥＤである。

（実施の形態１）
＜構成＞
図１を参照して、実施の形態１のＬＥＤ１００の構成について説明する。ここで、図１（ａ）は、実施の形態１のＬＥＤを電極配置面側からみた平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。

実施の形態１のＬＥＤ１００は、サファイア、ＳｉＣ等からなる基板１と、その基板面１ａ上に、窒化物半導体からなるｎ型半導体層２と発光層３とｐ型半導体層４とを積層した積層構造１０（半導体構造）を有する半導体発光素子構造３０と、から構成される。

半導体発光素子構造３０は、積層構造１０の上端面４ａ（すなわちｐ型半導体層４の上端面４ａ）において凹状に形成された部位（凹部２０）を有する。凹部２０の底面２０ｂは、ｎ型半導体層２の露出面である。凹部の底面２０ｂ上には金属等からなるｎ側電極５（ｎ側パッド電極）が設けられている。また、凹部２０の底面２０ｂを囲む第１の側面２０ａが発光層３若しくは基板面１ａに対して略垂直に若しくは凹部２０の底面２０ｂ側より開口部側が幅広となるように傾斜して形成されると共に、第１の側面２０ａは、少なくとも一部が互いに対向するように設けられている。

半導体発光素子構造３０若しくは積層構造１０（半導体構造）の端部として、例えば、外周を形成する第２の側面７は、基板面から半導体発光素子構造３０の積層構造１０の上端面４ａから基板面１ａにかけて内側に傾斜する傾斜面として形成され、基板１上には、いわゆる逆メサ形状の半導体発光素子構造３０が構成される。
なお、本明細書において、半導体の順メサ形状あるいは積層方向に幅が狭くなる形状を構成する傾斜を順傾斜、逆メサ形状あるいは積層方向に幅が広くなる形状を構成する傾斜を逆傾斜ともいう。

また、積層構造１０の上にはｐ側電極６が設けられている。ｐ側電極６は、積層構造１０の上端面、すなわちｐ型半導体層４の上端面４ａの略全領域に設けられた透光性の導電性材料からなるｐ側全面電極６ａと、ｐ側全面電極６ａの一部に設けられた金属等からなるｐ側パッド電極６ｂとから構成される。

次に、図１を参照して各部の構成について詳細に説明する。
（基板）
基板１は、半導体として窒化物半導体を用いた半導体発光素子用の基板として好適な、サファイア、ＳｉＣ等からなる厚さ５０〜２００μｍ程度の基板を用いることができる。

より好適には、半導体発光素子構造３０の積層構造１０を構成する半導体の屈折率より、基板１の屈折率のほうが小さい基板を用いることができる。基板１の屈折率が半導体の屈折率より小さいと、半導体側から基板１側に向かって進行する光は、両者の界面において、入射角がスネルの法則によって算出される臨界角より大きいときには、この界面で全反射し、半導体内から外に出ることができず、半導体の積層構造１０内を横方向に伝播する。本発明における第２の側面７は、このように積層構造１０内を横方向に伝播して半導体発光素子構造３０の外周側面である第２の側面７で観測面方向である上方向に反射され、有効に外部に取り出すことができる。半導体と基板１との界面で全反射するような低屈折率の基板を用いることで、基板１内を横方向に伝播する光が少ないため、基板１側に逆傾斜面を設けずとも、積層構造１０の外周側面に逆傾斜面を設けるだけで効果的に光を外部に取り出すことができる。

半導体として窒化物半導体であるＧａＮ系化合物半導体を用いた場合は、ＧａＮ系化合物半導体の屈折率は２．５であるから、これより小さな屈折率の基板を用いることが好ましい。例えば、サファイアの屈折率は１．８程度であり、ＳｉＣの屈折率は２．６程度であるから、サファイア基板を好適に用いることができる。

また、本発明によれば、基板１を加工して斜面を形成せずとも光取り出し効率を高くすることができる。また、より好適には、ＧａＮ系化合物半導体との組み合わせにおいて、サファイアからなる基板１を用い、半導体の積層構造１０を設ける基板面１ａをサファイア結晶のＣ面とした基板１を用いることができる。このような基板１を用いることにより、基板面１ａ上には、（０００−１）面、すなわちＮ極性面を下面側とし、（０００１）面、すなわちＧａ極性面を上面側として、ｃ軸方向に成長したＧａＮ系化合物半導体結晶を形成することができる。このような半導体結晶を用いる利点については後記する。

（半導体発光素子構造）
半導体発光素子構造３０は、基板１の基板面１ａ上に設けられ、窒化物半導体からなるｎ型半導体層２と発光層３とｐ型半導体層４とを積層した積層構造１０と、積層構造１０に電流を供給するためのｎ側電極５及びｐ側電極６と、から構成される。
半導体発光素子構造３０は、積層構造１０の上端面４ａにおいて凹状に形成された部位（凹部２０）を有し、凹部２０の底面２０ｂを囲む第１の側面２０ａと、外周に形成された第２の側面７とを有する。

（積層構造（半導体構造））
基板上に設けられる半導体構造は、半導体発光素子構造となる第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層を少なくとも有し、より好適には、その間に発光層を有する。半導体構造の具体的な例として、積層構造１０は、基板１側から順に、ｎ型半導体層２、発光層３及びｐ型半導体層４が積層された構成を有する。例えば窒化物半導体であるＧａＮ系化合物半導体を用い、基板面１ａをＣ面とした基板１上に、異種基板上では核形成層等のバッファ層を含む１〜２μｍ程度の厚さの下地層を介して、１〜２μｍ程度の厚さのｎ型半導体層２、５０〜１５０ｎｍ程度の厚さの発光層３、１００〜３００ｎｍ程度の厚さのｐ型半導体層４を形成する。各層は２層以上で構成されていてもよい。
ｎ型半導体層２は、例えばｎ型不純物としてＳｉがドープされたＧａＮ、又はＳｉがドープされたＧａＮからなるｎ型コンタクト層と、ｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層とをこの順に積層した２層構成としてもよい。
本実施の形態１の半導体発光素子構造３０は、発光層３としてダブルへテロ構造の活性層を有する構成としたが、ｎ型半導体層２とｐ型半導体層４の界面（ｐｎ接合面）を発光層とする半導体発光素子構造３０としてもよい。また、発光層３として、例えばアンドープＧａＮからなる障壁層とアンドープＩｎＧａＮからなる井戸層を交互に積層し、多重井戸構造からなる活性層を形成してもよい。

ｐ型半導体層４は、例えばｐ型不純物としてＭｇがドープされたＧａＮからなるｐ型半導体層４、又はｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層と、ＭｇがドープされたＧａＮからなるｐ型コンタクト層とをこの順に積層した２層構成としてもよい。
なお、ｎ型半導体層２、発光層３及びｐ型半導体層４は、半導体発光素子（ＬＥＤ）として機能する構成であれば、他のどのような構成を採用してもよい。

（ｎ側電極（負電極）、ｐ側電極（正電極））
ｎ側電極５は、半導体発光素子構造３０の積層構造１０の上端面４ａから凹状に形成された凹部２０の底面２０ｂ上に形成され、ＬＥＤ１００に電流を供給するためのＡｕ線等の電流供給線と接続するための電極パッドを兼ねている。底面２０ｂは、ｎ型半導体層２の露出面である。ｎ側電極５は、底面２０ｂ側から順にＷ、Ｐｔ、Ａｕが積層されてなり、７００〜２３００ｎｍ程度の厚さに形成される。なお、ｎ側電極５を構成する材料は、ｎ型半導体層２とオーミック接触することができる材料であれば、他の金属を組み合わせた積層物、合金等、他の材料を用いることもできる。

ｐ側電極６は、半導体の積層構造１０の最上層であるｐ型半導体層４の上端面４ａの上に形成される。ｐ側電極６は、ｐ型半導体層４の上端面４ａの略全領域であって発光層３の略全領域に対応する領域に形成される透光性の導電性材料からなるｐ側全面電極６ａから構成される。また、ｐ側全面電極６ａの一部の面上にｐ側パッド電極６ｂを設けて構成してもよい。ｐ側パッド電極６ｂは、ＬＥＤ１００に電流を供給するためのＡｕ線等の電流供給線と接続するためのパッド電極である。ｎ側電極５と同様に、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕを順に積層して形成することができる。ｐ側パッド電極６ｂは０．７〜２．３μｍ程度の厚さに形成される。

ｐ側全面電極６ａは、ｐ側パッド電極６ｂなどを介して供給される電流を、発光層３が形成された発光領域に対応するｐ型半導体層４の略全面にムラなく拡散するために設けられ、電流拡散機能を有する。ｎ型半導体層２側では、ｎ側電極５の形成面と基板１との間に位置するｎ型半導体層２が、電流拡散機能を有する。また、本実施の形態のＬＥＤ１００は、主として電極配置面側から光を取り出す構成であるため、ｐ側全面電極６ａは、発光層３から放出される光の波長において透光性を有することが必要である。このような透光性と導電性とを兼ね備えた材料として、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＺｎＯ、ｐ型半導体層４側から順にＮｉ、Ａｕを積層した金属薄膜、Ｎｉ、Ａｕの合金の薄膜等を用いることができる。特にＩＴＯは透光性及び導電性が優れ、光の外部取り出し効率向上の点で好適である。なお、ｐ側全面電極６ａの材料は、ｐ型半導体層４と、オーミック接触できる材料であれば、前記した材料以外の材料を用いることもできる。

（第１の側面、凹部（凹状の形成された部位））
凹部２０（凹状に形成された部位）は、半導体発光素子構造３０の一部において、積層構造１０の上端面４ａからｎ型半導体層２が露出するように空けられた穴であり、その底面２０ｂには、ＬＥＤ１００に電流を供給するためのｎ側電極５が配置される。

底面２０ｂは、図１の例では、電極配置面方向からみて略矩形状に形成され、底面２０ｂを囲む第１の側面２０ａは、発光層３若しくは基板面１ａに略垂直に、又は順傾斜して形成されている。また、第１の側面２０ａは、少なくともその一部が互いに対向するように形成されている。実施の形態１における第１の側面２０ａは、略矩形状の底面２０ｂの全周を囲むように形成されており、略４面から構成される。この４面は、それぞれ２面ずつ互いに対向するように形成されており、略全面が互いに対向する面を有するように形成されている。

なお、底面２０ｂの形状は矩形に限定されるものではなく、円形状、多角形状等とすることもできる。また、第１の側面２０ａは、全周が互いに対向するように形成されることが好ましいが、図４（ａ）に示す実施の形態２のように、一部が互いに対向するように形成してもよい。

（第２の側面）
第２の側面７は、半導体構造の端部、具体的には半導体発光素子構造３０における積層構造１０の外周を囲む側面であり、積層構造１０の厚さ方向全域に渡り、積層構造１０の上端面４ａから基板面１ａに向かって内側に傾斜する傾斜面として形成される。

このような傾斜面は、積層構造１０を構成する半導体の特定の結晶面として形成した場合には、傾斜面の傾斜角度の精度が結晶構造によって規制されるため、安定した傾斜面を形成することができる。結晶面はエッチング法によって形成することができる。結晶をエッチングすると、その結晶構造に依存してエッチングレートが異なり、特定の結晶面を形成することができる。とりわけウェットエッチング法により特定の結晶面を高精度に形成することができる。

エッチングによって形成される傾斜面について具体的に説明する。半導体として六方晶のＧａＮ系化合物半導体を用いた場合は、第２の側面７として、積層構造１０を構成する半導体結晶の結晶面として形成することができる。

詳細に説明すると、基板１としてサファイアを用い、さらにサファイア結晶のＣ面を基板面１ａとし、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）によってＧａＮ系化合物半導体の結晶を成長させると、半導体結晶のＮ極性面である（０００−１）面を基板１との界面とし、ｃ軸方向に成長した半導体結晶を形成することができる。このようにして形成した半導体結晶からなる半導体の積層構造１０の側面は、半導体結晶と基板１との界面を露出させ、半導体結晶の（０００−１）面からウェットエッチング法（化学エッチング法）によりエッチングすることにより、｛１−１０２｝面（Ｒ面）、若しくは当該面からｃ軸で３０°回転した面（以下、３０°回転Ｒ面という）を形成することができる。｛１−１０２｝面は（１−１０２）面と同価な６つの面の集合であり、積層構造１０の上端面４ａから基板面１ａに向かって内側に傾斜した傾斜面となる。十分な時間をかけてエッチングを行うことにより、半導体発光素子構造３０の第２の側面７は、六角錐台若しくは、上記３０°回転Ｒ面を加えた十二角錐台の形状、若しくはその一部形状となる。

第２の側面７は、半導体結晶の｛１−１０２｝面又は３０°回転Ｒ面に属し、傾斜の向きの異なる複数の傾斜面の組み合わせによる多面体として構成することにより、傾斜角度が半導体結晶の結晶構造によって規制されるため、精度の安定した面を形成することができる。基板面での平面視における半導体発光素子構造３０の構成辺、例えば図１の矩形状の半導体発光素子構造３０の一辺を、この多面体の第２の側面７とすることで、粗面による反射、出射がなされ、光取り出しの向上が期待できる。

＜動作＞
次に、図１を参照して、本発明の実施の形態に係るＬＥＤ１００の動作について説明する。
ＬＥＤ１００は、ｐ側パッド電極６ｂを正電極、ｎ側電極５を負電極として直流電源に接続することにより、半導体発光素子構造３０（ＬＥＤ構造）に対して順方向に電圧が印加され、発光層３からランダムな方向に光が放出される。発光層３から様々な方向に放出される光は、前記した経路によってＬＥＤ１００の外部に取り出される。

ここで、図２を参照して、本発明に係るＬＥＤ１００における、光の外部取り出しについて説明する。図２は、図１に示したＬＥＤにおいて、発光層から放出された光線が外部に取り出される様子を説明するための模式図である。

発光層３から放出され、観測面方向である上方向に進行する光線Ｌ１は、透光性のｐ側全面電極６ａを透過して、ＬＥＤ１００の外部に取り出される。

発光層３から放出され、基板面１ａ側である下方向に進行する光線Ｌ２は、半導体発光素子構造３０の相対的に高屈折率な積層構造１０と基板１等との界面で全反射を繰り返し、光線Ｌ３、光線Ｌ４、光線Ｌ５のように積層構造１０内を横方向に伝播する。積層構造１０内を伝播し、半導体構造の端部、ここでは半導体発光素子構造３０の外周に到達した光線Ｌ５は、外周に傾斜して設けられた第２の側面７によって観測面方向に反射され、光線Ｌ６としてｐ側全面電極６ａを透過して外部に取り出される。

また、発光層３から横方向に放出され、あるいは積層構造１０内を導波して、凹部２０に向かって進行する光は、凹部２０において発光層３若しくは基板面１ａに対して略垂直に形成された第１の側面２０ａに到達する。第１の側面２０ａに到達した光の一部は、光線Ｌ７のように第１の側面２０ａから凹部２０の空間に出射される。凹部２０内を進行する光線Ｌ７の一部はｎ側電極５によって吸収・散乱されるが、ｎ側電極５の干渉を受けない光線Ｌ７は、光線Ｌ７が出射した第１の側面２０ａと対向する、他の第１の側面２０ａから再び積層構造１０内に入射する。積層構造１０に入射した光線Ｌ８は、積層構造１０内を外周方向に導波し、外周に設けられた第２の側面７によって観測面方向に反射され、光線Ｌ９としてｐ側全面電極６ａを透過して外部に取り出される。

他方、第１の側面２０ａに到達した光で、凹部２０に出射されずに、第１の側面２０ａによって反射された光は、積層構造１０内を外周方向に向かって導波し、前記した光線Ｌ２と同様に、第２の側面７に到達すると観測面方向に反射され、外部に取り出される。

また、第１の側面２０ａを発光層３若しくは基板面１ａに対して略垂直若しくは順傾斜に形成することによる他の利点について説明する。
第２の側面７は横方向に伝播する光を観測面方向に反射する機能を有する。また、第１の側面２０ａは、発光層３若しくは基板面１ａに対して略垂直若しくは順傾斜に、かつ少なくとも一部が互いに対向するように形成されているため、第１の側面２０ａから出射した光が、一部は反射されるが、再び対向する第１の側面２０ａから積層構造１０内に入射する光もあり、積層構造１０内に再入射した光は、第２の側面７によって観測面方向に反射される。

＜製造方法＞
次に、図３を参照して、本実施の形態に係るＬＥＤ１００の製造方法について説明する。ここで、図３は、実施の形態に係るＬＥＤの製造工程を説明するための模式図（断面図）であり、（ａ）から（ｅ）は、各製造工程におけるＬＥＤの加工の様子を示す図である。
なお、本実施の形態では、図１等に示すＬＥＤ１００が二次元的に配列されたウエハ状態で各工程が実施され、図３（ｅ）に示す工程においてチップ状に分割されたＬＥＤ素子が得られる。したがって、図３に示す図面においては、複数のＬＥＤの加工の様子が描かれている。

（半導体発光素子構造を形成する工程）
半導体発光素子構造３０を形成する工程は、基板１上に積層構造１０（半導体構造）を形成する工程と、凹部２０を形成する工程と、ｎ側電極５を形成する工程と、ｐ側電極６を形成する工程と、を含む。

（積層構造（半導体構造）を形成する工程）
図３（ａ）は、基板１上に半導体構造である半導体の積層構造１０を形成した状態を示す図である。図３（ａ）に示すように、まずサファイア、ＳｉＣ等からなる基板１上に、ＭＯＣＶＤ法等により、例えば、下地層などを介して、ＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ型半導体層２、ＩｎＧａＮからなる発光層３、ＭｇをドープしたＧａＮからなるｐ型半導体層４を順次積層し、窒化物半導体であるＧａＮ系化合物半導体からなる積層構造１０を形成する。

半導体構造の内、素子機能を有する半導体構造は、前記した通り、基板上にバッファ層などの下地層を介して、第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層と、その間に発光層とを設けた構造などが形成される。なお、下地層は基板と半導体材料の組み合わせによっては省略でき、また各導電型半導体層の積層順序は特に限定されない。各半導体層は、異種基板、好ましくは、サファイア基板上に、ＭＯＣＶＤ法により、ｃ軸成長の窒化物半導体を用いて形成する。
ｎ型半導体層２は、ｎ型不純物であるＳｉをドープしたＧａＮからなる結晶を成長させて形成する。また、ｎ型半導体層２は、ｎ型コンタクト層とｎ型クラッド層との２層構造にして形成してもよい。

発光層３は、各導電型半導体層間に設けられ、具体的にはｎ型半導体層２上に、ＭＯＣＶＤ法により、ＩｎＧａＮなどを積層して形成する。なお、本実施の形態では、発光層３としてＩｎＧａＮからなる活性層を形成し、ダブルへテロ構造の発光層３としたが、ｎ型半導体層２とｐ型半導体層４との間に異なる材料の活性層を設けずに、ｎ型半導体層２とｐ型半導体層４とを直接に接合し、このｐｎ接合面（界面）を発光層３とした構造としてもよい。また、発光層３として、障壁層と井戸層とを交互に積層した量子井戸構造、好ましくはＩｎＧａＮ／ＧａＮの多重量子井戸構造よりなる活性層を形成してもよい。

ｐ型半導体層４は、発光層３上に、ＭＯＣＶＤ法により、ｐ型不純物であるＭｇをドープしたＧａＮからなる結晶を成長させて形成する。ｐ型半導体層４も、ｎ型半導体層２と同様に、ｐ型クラッド層とｐ型コンタクト層との２層構造にして形成してもよい。

（凹部（凹状に形成された部位）を形成する工程）
図３（ｂ）は、積層構造１０に凹部２０を形成し、その底面２０ｂにｎ側電極５を形成すると共に、ｐ型半導体層４上にｐ側全面電極６ａを形成し、さらにｐ側全面電極６ａの一部にｐ側パッド電極６ｂを形成した状態を示す。すなわち、第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層を有する半導体構造、具体的にはそれらを順次積層した積層構造１０において、下方に位置する導電型の半導体層（第１導電型半導体層）に電極を設けるために、その一部領域が露出される。
凹部２０は、例えば、フォトリソグラフィ法により形成し、具体的には、凹部２０を形成する領域を除く領域にフォトレジストを用いてマスクを形成、若しくはマスクをパターニングしてレジストを除去し、塩素系ガスを用いたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によって積層構造１０を、ｎ型半導体層２が露出するまで異方性エッチングをする。ＲＩＥを用いた異方性エッチングにより、マスクからｎ型半導体層２の露出面まで略垂直な、若しくは順傾斜した第１の側面２０ａを有する凹部２０が形成される。この後、マスクを除去する。

（電極を形成する工程）
前記した各導電型半導体層には、電極が形成される。ｎ側電極５は、蒸着法、スパッタリング法などによりｎ型半導体層２側から順にＷ、Ｐｔ、Ａｕを全面に積層する。そして、この金属層を所望の形状にパターニングすることによってｎ側電極５が形成される。他の金属や合金を用いることもできる。ｐ側電極６を形成する工程は、ｐ型半導体層４上にｐ側全面電極６ａを形成する工程と、ｐ側全面電極６ａの一部にｐ側パッド電極６ｂを形成する工程とを含む。ｐ側電極６の形成は、積層構造１０の上にスパッタリング法によりＩＴＯを成膜し、ｐ側全面電極６ａを形成する領域に、フォトレジスト等を用いてマスクを形成し、ＩＴＯをエッチングした後に、有機溶剤を用いた洗浄等によってマスクを除去することにより、ｐ側全面電極６ａが形成される。次に、蒸着法、スパッタリング法等により、ｐ側全面電極６ａ側から順にＷ、Ｐｔ、Ａｕを全面に積層する。その後、フォトリソグラフィ法によって、この金属層を所望の形状にパターニングすることでｐ側パッド電極６ｂが形成される。電極材料として用いる材料は、Ｎｉ／Ａｕを積層して形成してもよいし、他の金属や合金を用いることもできる。なお、ｐ側パッド電極６ｂとｎ側電極５とに同じ材料を用いる場合には、ｐ側パッド電極６ｂとｎ側電極５とを同じ工程において形成することもできる。

（積層構造（半導体構造）の上端面と異なる結晶面を露出する工程）
前記した通り、ウェットエッチングは、主に基板との界面から進行させるようにする。このため、エッチング時のマスクから露出された露出部の半導体結晶面が、基板との界面における結晶面よりもエッチングレートが小さくなるように、互いに異なる結晶面とする。例えば、半導体発光素子構造３０の外周部に相当する部位の積層構造１０を、積層構造１０の上端面４ａ及びマスクから露出した端面（外周側面）と異なる結晶面を露出するまでエッチングによって積層構造１０を除去する。好ましくは、半導体発光素子構造３０の外周部に相当する部位の積層構造１０を基板面１ａ（図１参照）までエッチングし、積層構造１０の基板との界面を露出する。このように、積層構造１０（半導体構造）において、エッチングレートが互いに異なる結晶面を露出させ、積層構造１０の基板面側の結晶面のエッチングレートが大きいことで、基板面側の半導体が上端面側及び端面（側面）の半導体よりも優先的に、好適には選択的にエッチングされて、逆傾斜面が積層構造１０の端面（側面）に形成される。

図３（ｃ）を参照して本工程について説明する。まずエッチングのマスク材料となるＳｉＯ_２等を、例えばスパッタリング法などにより全面に形成し、その上にレジストを設けて、フォトリソグラフィ法によりレジスト膜をパターニングして、次にマスクをパターニングしてレジスト膜を除去し、半導体発光素子構造３０の外周部に相当する部位２１を除く領域にマスク５０を形成する。次に塩素系ガスを用いたＲＩＥにより半導体発光素子構造３０の外周部に相当する部位２１を、所望の結晶面が露出するまでエッチングする。好ましくは、基板面１ａが露出するまでエッチングする。ＲＩＥによる異方性エッチングのため、半導体発光素子構造３０の外周部に相当する部位２１は積層構造１０の上端面４ａから、マスク５０の形状を保って略垂直にエッチングされるため、半導体発光素子構造３０の外周に形成された側面は、積層構造１０の上端面４ａ、すなわち基板面１ａに略垂直な面である。図３（ｃ）は、半導体発光素子構造３０の外周に基板面１ａに略垂直な側面が形成された状態を示している。

（第２の側面（傾斜した側面）を形成する工程）
次に、図３（ｄ）を参照して、第２の側面７を形成する工程について説明する。
前の工程におけるマスク５０を除去せずに残したまま、作製中の基板１及び半導体発光素子構造３０の全体を、ピロリン酸液、水酸化カリウム水溶液等を用いたエッチング液に浸漬することにより、マスク５０の形成されていない半導体発光素子構造３０の外周側面がウェットエッチングされ、第２の側面７として積層構造１０を構成する半導体結晶の結晶性に応じた結晶面が形成される。

半導体としてＧａＮ系化合物半導体を用い、基板１と接する界面側を（０００−１）面、すなわちＮ極性面として形成した半導体の積層構造１０を用いた場合には、ウェットエッチングによって積層構造１０のＮ極性面側からエッチングが進行するため、半導体発光素子構造３０の積層構造１０の上端面４ａよりも、この上端面４ａと異なる結晶面として露出させた基板１との界面側の結晶面（下端面）の方が、エッチングレートが大きくなる。したがって、エッチングが進行するほど、積層構造１０の下端面の方が内側に削られ、積層構造１０の側面には逆傾斜面が形成される。

さらに、エッチングを進めることにより、エッチング面は｛１−１０２｝面、３０°回転Ｒ面を形成するようになる。ここでエッチングを終了することにより、｛１−１０２｝面からなる第２の側面７が形成される。エッチングの後、フッ酸を用いたエッチング等によりマスク５０を除去することで、図３（ｄ）に示すように、半導体発光素子構造３０が基板１上に形成される。

（ＬＥＤチップに分割する工程）
最後に、図３（ｅ）に示すように、必要に応じて基板１の裏面を研磨して薄肉化し、ダイシング、スクライブなどによって切断し、個々のＬＥＤ１００をチップ状に分割する。
また、前記した第２の側面を形成する工程により、図３（ｄ）に示すように、隣接する半導体発光素子構造３０間において、積層構造１０（半導体構造）の上端面側と基板面側とで距離が異なり、基板面側において隣接する端部の幅が広くなっている。このため、各半導体発光素子構造３０の間隔を狭くして、ウエハ当たりに形成する半導体発光素子構造３０の数を多くしても、基板面側の半導体発光素子構造３０の間隔を広くすることができ、基板分割における切り代を確保することができる。また、各半導体発光素子構造３０間で上端面側の幅が狭く、基板面側で広くなるため、基板の切り代幅を従来と同じにしても、発光領域を大きくした半導体発光素子構造３０を作製でき、ウエハ当たりの半導体発光素子構造３０の数を多くすることができる。また、図８に示す比較例のように、半導体発光素子構造の外周部をｎ型半導体層３０２の露出部とする場合に比して、実施の形態１のように発光層３の端面を半導体発光素子構造３０の外周側面である第２の側面７に設けた構造の方が、発光領域を広くでき、積層構造１０（半導体構造）の端面の逆傾斜面による光反射効果を高めることができる。このとき、積層構造１０の上端面における端部が、素子毎に分割した後の基板の端部に最も近く配置される。すなわち、発光層３の端部よりも、上端面の端部の方が素子の外側に突出した構造であるため、逆傾斜面における好適な光反射、指向性の制御を実現することができる。

以上、説明した製造方法によって、図１に示した実施の形態１のＬＥＤ１００を製造することができる。なお、以上は、一実施形態に係る製造工程を順に説明するものであり、他の実施形態として、半導体構造の上端面と異なる結晶面を露出させる工程・第２の側面を形成する工程と、ｐ側電極を形成する工程・ｎ側電極を形成する工程・凹部を形成する工程とは、順序が入れ替わってもよく、例えば、半導体構造の上端面と異なる結晶面を露出させる工程・第２の側面を形成する工程を実施した後に、凹部を形成する工程・ｐ側電極を形成する工程・ｎ側電極を形成る工程を実施するようにしてもよい。

（実施の形態２）
＜構成＞
次に、図４を参照して、実施の形態２のＬＥＤ１００の構成について説明する。ここで、図４（ａ）は、実施の形態２のＬＥＤを電極配置面側からみた平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。実施の形態２のＬＥＤ１００は、図１に示した実施の形態１とは、主に凹部２０を形成した位置及び凹部２０の側面２０ａの形状が異なる以外は、同様の構成であるので、同じ構成の箇所については説明を省略する。

実施の形態２のＬＥＤ１００においては、実施の形態１に比して、凹部２０の内壁面の一部が半導体発光素子構造３０の外側に開口されており、具体的にはｎ側電極５を配置するための凹部２０が、電極配置面側からみて略正方形の半導体発光素子構造３０の一辺の一部を削るように形成され、外周方向に向かって開口している。そのため、凹部２０の略正方形の底面２０ｂを囲む第１の側面２０ａは、略３面から構成され、このうち外周方向を向く１面は対向面を有さないが、他の２面は互いに対向する。
実施の形態１に係るＬＥＤと同様に、実施の形態２に係るＬＥＤ１００は、第２の側面７に到達した光の経路は、実施の形態１のＬＥＤと同様であるので説明を省略する。

対向面を有さない第１の側面２０ａから出射された光は、観測面方向に向かうことができず、指向性の低下につながる。一方、第２の側面２０ａの一部に対向面を有さない部位を設けることで、凹部２０の底面２０ｂに配置されるｎ側電極５とリードフレームを接続するワイヤは、観測面方向である半導体発光素子構造３０の発光領域の上面を跨ぐことなく、配線することができる。実施の形態１のように、凹部２０の底面２０ｂが積層構造１０（半導体構造）に囲まれた構成の場合は、ｎ側電極５とリードフレームを接続するワイヤはＬＥＤ１００の観測面上を跨ぐことになり、観測面方向に進行する光の一部がワイヤによって吸収又は散乱され、光出力を下げる原因ともなる。

したがって、凹部２０をどのように設けるかは、前記長所・短所を勘案し、第１の側面２０ａにおいて互いに対向する面の面積を多くするように設計することができる。

＜製造方法＞
実施の形態２のＬＥＤ１００は、図３（ｂ）に示す凹部２０を形成する位置及びｎ側電極５及びｐ側電極６を形成する位置が異なる他は、実施の形態１と同様の製造工程によって製造することができる。

（実施の形態３）
＜構成＞
次に、図５及び図６を参照して、実施の形態３のＬＥＤ１００の構造について説明する。ここで、図５（ａ）は、実施の形態３のＬＥＤを電極配置面側からみた平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。また、図６は実施の形態３のＬＥＤの第２の側面の形状を説明するための斜視図である。

実施の形態３のＬＥＤ１００は、第２の側面７に前記した結晶面の多面体による凹凸形状７ａ（凸部７ｂと凹部７ｃとからなる形状）を設けたことを特徴とする。第２の側面７に凹凸形状７ａを設けた以外の構成は、図４に示した実施の形態２のＬＥＤ１００と同じ構成であるから、同じ構成の箇所については説明を省略する。

実施の形態３の第２の側面７は、図６に示すように、積層構造１０の厚さ方向に平行に、かつ周期的に凸部７ｂ及び凹部７ｃからなる凹凸形状７ａが形成されている。なお、この凹凸形状７ａをならした平均面は、実施の形態２における第２の側面７と同様に、積層構造１０の上端面４ａから下端面（基板面１ａ）に向かって内側に傾斜した逆傾斜面である。

このような凹凸形状を有する傾斜面は、ウェットエッチング時のマスクの端部形状を起点として多面体のエッチング面として形成することができる。具体的には、基板面の平面視で、マスクの一辺を直線状から、波状、ジグザグ状などの端部形状として、基板面露出時の積層構造１０の端部に凹凸形状を設ける。端部の凹凸形状は、エッチング法により半導体結晶を加工することにより形成することができ、ウェットエッチング法によって結晶面の多面体に加工することができる。実施の形態１において説明したものと同様に、半導体として六方晶の結晶構造を有する窒化物半導体であるＧａＮ系化合物半導体を用いた場合は、第２の側面７を半導体結晶の結晶面として形成することができる。基板面を露出させるエッチングの際に、マスクの端部形状を凹凸状として、積層構造１０の、例えば、その半導体発光素子構造３０の平面視の構造辺の一辺に、凹凸形状の端部を形成する。次に、ウェットエッチング法によるエッチングで、図６に示すような｛１−１０２｝面の多面体からなる凹凸形状が現れる。一方で、半導体発光素子構造３０の端部、例えば、その半導体発光素子構造３０の平面視の構成辺の一辺の端部を、略均一な１つの面で構成させるには、基板面を露出させる際に、積層構造１０の端部を略平坦とすること、すなわち、基板面を露出させる際に用いるマスクの端部形状を直線状とすること、である。この凹凸形状は結晶構造によって規制される面であるから、精度の安定した面を形成することができる。

第２の側面７における多面体の凹凸形状７ａの凸部７ｂ及び凹部７ｃの周期としては、第２の側面７における光の外部取り出しの効率から０．１〜０．３μｍ程度とすることが好ましい。

図７は、実施の形態３に係るＬＥＤを用いたＬＥＤ装置の構成を示す断面図である。ＬＥＤ１００は、基板１を下側として、外部から電流を供給するための正電極側のリードフレーム１１１のカップ状に形成された凹部１１１ａ内に接着剤１１５によって固定されている。凹部１１１ａの内部の側面は上方に向かって外側に傾斜した傾斜面である。ｐ側パッド電極６ｂは、正電極側のリードフレーム１１１の一部とＡｕ線等からなるワイヤ１１３で接続されている。ｎ側電極５は負電極側のリードフレーム１１２とＡｕ線等からなるワイヤ１１４で接続されている。全体は樹脂１１６で封止され、砲弾型の外観を有するＬＥＤ装置１１０を構成している。

＜動作＞
次に、図５を参照して、実施の形態３に係るＬＥＤ１００の動作について説明する。第２の側面７に凹凸形状７ａを有さない実施の形態１及び実施の形態２のような構成について考える。第２の側面７に到達した光は、第２の側面７によって観測面方向である上方向に反射される。実施の形態３では、第２の側面７に凹凸形状７ａを設けることにより、半導体発光素子構造３０の積層構造１０内を横方向に伝播して第２の側面７に到達した光の一部を、凹凸形状７ａによって散乱し、外部に取り出すように構成した。図５（ｂ）を参照して、実施の形態３のＬＥＤ１００における光の外部取り出しの様子を説明する。発光層３から観測面方向である上方向に放出された光線Ｌ１は、透光性のｐ側全面電極６ａを透過して外部に取り出される。積層構造１０内を横方向に伝播する光線Ｌ２は、積層構造１０の界面で全反射を繰り返し光線Ｌ３のように第２の側面７に到達する。光線Ｌ３は、第２の側面７によって、その一部が上方向に反射される。第２の側面７で上方向に反射された光線Ｌ４は、半導体発光素子構造３０の積層構造１０の上端面４ａに対して、全反射の臨界角以下の角度で入射すると、積層構造１０から外部に取り出される。しかし、臨界角以上の角度で入射すると、積層構造１０の上端面４ａによって全反射され、外部に取り出されることなく、再び積層構造１０内を伝播する。

他方、第２の側面７に到達した光線Ｌ３の一部は、第２の側面７に設けられた凹凸形状７ａによって散乱され、光線Ｌ５のように一部は第２の側面７から外部に取り出され、積層構造１０の内部へ反射される一部の光も、散乱により反射角が変化する。特に半導体発光素子構造３０の構成辺に沿う方向、すなわち図５（ｂ）の紙面に垂直な方向に伝播する光において、このような第２の側面７での散乱による光取り出し、内部への反射が好適に機能する。第２の側面７から、光線の一部を外部に取り出すことにより、ＬＥＤ１００全体としてみれば、外部への取り出し光量を増加することができる。

図７を参照して、実施の形態３に係るＬＥＤを用いたＬＥＤ装置による光の外部への取り出しについて説明する。実施の形態３に係るＬＥＤ１００は、第２の側面７からも光が出射されるため、この第２の側面７から出射された光を観測面方向に向けるためのカップ状に形成された凹部１１１ａをリードフレーム１１１に設けた。凹部１１１ａの内部の側面は上方に向かって外側に傾斜した傾斜面であり、ＬＥＤ１００の第２の側面７から出射される光を観測面方向である上方向に反射する。このように構成することで、ＬＥＤ装置１１０として、観測面方向に有効に取り出される光量を増加することができる。

（実施例１）
直径２インチのＣ面サファイア基板上に、ＧａＮを用いたバッファ層（下地層）を設けて、その上に、ＧａＮ系化合物半導体を用いた発光層を含む積層構造を形成する。
次に、積層構造の表面からｎ型半導体層が露出する深さで、フォトリソグラフィ法により、図１に示す凹部を形成する。
積層構造の表面にはＩＴＯによるｐ側全面電極を形成し、さらに蒸着法及びフォトリソグラフィ法を用いて、ｐ側全面電極の一部に金属からなるｐ側パッド電極を、凹部の底面に金属からなるｎ側電極を形成する。
続いて、フォトリソグラフィ法により積層構造の上端面及び電極を覆うマスクを、ＳｉＯ_２を用いて形成し、各半導体発光素子構造の構成単位の外周部を、基板表面が露出する深さまで、塩素系ガスを用いたＲＩＥによる異方性エッチングによってエッチングし、基板上で互いに分離された半導体発光素子構造を形成する。このとき、それぞれのエッチング端面は、基板面（発光層）にほぼ垂直な面となる。
半導体発光素子構造の表面のＳｉＯ_２マスクを用いて、エッチング液である約２００℃のピロリン酸溶液に浸漬し、半導体発光素子構造を囲む外周側面に、逆傾斜したエッチング面を形成する。
ＳｉＯ_２マスクを、フッ酸を用いて除去し、基板をダイシングによって割断して、ＬＥＤチップを得る。

（実施例２）
ウェットエッチング法のエッチング液として、実施例１におけるピロリン酸溶液の代わりに水酸化カリウム水溶液を用い、半導体発光素子構造の端部であるその外周に逆傾斜面を形成し、ＬＥＤチップを作製する。他の条件は、実施例１と同じとする。

（実施例３）
図４に示すように、凹部が部分的に外部に開口する形状の半導体発光素子構造を有するＬＥＤチップを作製する。他の条件は、実施例１と同じとする。

（実施例４）
実施例１において、積層構造を形成後に、各半導体発光素子構造部をマスクで覆い、基板面が露出するまでエッチングで除去して、ウェットエッチング法により、逆傾斜面を形成する。続いて、マスクを除去し、実施例１と同様にして、積層構造に凹部を形成し、ｎ型半導体層及びｐ型半導体層の上に、それぞれｎ側電極及びｐ側電極を形成して、チップに割断してＬＥＤチップを得る。このように、積層構造の端部に逆傾斜面を形成する工程（第２の側面を形成する工程）を、積層構造の加工（凹部を形成する工程）及びｎ側電極・ｐ側電極を形成する工程よりも前に実施することで、ウェットエッチングによる侵食などの問題が発生せず、好ましい。

（比較例）
比較例として、図８に示すＬＥＤチップを作製する。
基板３０１、ｎ型半導体層３０２、発光層３０３、ｐ型半導体層３０４、凹部３２０、ｎ側電極３０５、ｐ側全面電極３０６ａ及びｐ側パッド電極３０６ｂからなるｐ側電極６は、実施例３と同様であるが、凹部３２０を形成するエッチング工程において、ｎ側電極３０５の形成部と、発光層３０３の外周部をマスクから露出させ、ＲＩＥによりｎ型半導体層が露出するまでエッチングする。その結果、発光層を含む積層構造の外周に、発光層に略垂直な側面３０７ｂが形成される。
その後、半導体発光素子構造の外周部を、ＲＩＥによって基板面が露出するまで除去することで発光層に略垂直な外周測面を形成し、凹部形成時に露出したｎ型半導体層の露出面より下の部分をウェットエッチングし、積層構造の下部の外周に逆傾斜面からなる側面３０７ａを形成する。

実施例によるＬＥＤは、発光層を含む積層構造の外周に逆傾斜した側面を形成したため、発光層から離れたｎ型半導体層の下方の側面３０７ａにしか傾斜面が設けられていない比較例によるＬＥＤに対して、光の取り出し効率が良好である。また、発光層の面積、引いては発光出力を増加させることができる。

本発明の半導体発光素子は、各種照明器具、車両搭載用照明、ディスプレイ、インジケータ等の発光素子を用いるものに利用することができ、また、可視光だけでなく紫外光などの可視光域外の電磁波の素子にも応用でき、本発明の素子構造は、受光素子などの他の光素子にも応用することができる。更に、本発明の窒化物半導体の結晶面の構成以外に係るその他の本発明の構成、態様については、他の材料、例えば、ＡｌＧａＡｓなどのＧａＡｓ系半導体、ＡｌＩｎＧａＰなどのＧａＰ系半導体、他の波長の光素子にも応用することができる。加えて、本発明の窒化物半導体の結晶面に係る構成及びその素子構造を、ＨＥＭＴなどのパワー半導体、電子デバイス素子など、他の半導体素子などにも応用することができる。

実施の形態１に係るＬＥＤの構成を示す模式図であり、（ａ）はＬＥＤを電極配置面側からみた平面図、（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 実施の形態１に係るＬＥＤにおいて、光の外部取り出しの様子を説明するための図である。 実施の形態に係るＬＥＤの製造工程を説明する図であり、（ａ）は基板上に半導体の積層構造を形成する工程、（ｂ）は凹部の底面を囲む第１の側面を形成する工程、（ｃ）は半導体積層構造の外周を、基板面が露出するまでエッチングする工程、（ｄ）はウェットエッチングによって第２の側面を形成する工程、（ｅ）は基板を切断し、ＬＥＤ（半導体発光素子）チップに分割する工程、を説明するためのＬＥＤの断面図である。 実施の形態２に係るＬＥＤの構成を示す模式図であり、（ａ）はＬＥＤを電極配置面側からみた平面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。 実施の形態３に係るＬＥＤの第２の側面の形状を説明するための斜視図である。 実施の形態３に係るＬＥＤの構成及び光の外部取り出しの様子を説明するための模式図であり、（ａ）はＬＥＤを電極配置面側からみた平面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。 実施の形態３に係るＬＥＤを用いたＬＥＤ装置の構成を示す模式図（断面図）である。 比較例のＬＥＤの構成を示す模式図であり、（ａ）はＬＥＤを電極配置面側からみた平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。

符号の説明

１ 基板
１ａ 基板面（積層構造の下端面）
２ ｎ型半導体層
３ 発光層
４ ｐ型半導体層
４ａ ｐ型半導体層の上端面（積層構造の上端面）
５ ｎ側電極
６ ｐ側電極
６ａ ｐ側全面電極
６ｂ ｐ側パッド電極
７ 第２の側面（外周側面）
１０ 積層構造（半導体構造）
２０ 凹部（凹状に形成された部位）
２０ａ 第１の側面
２０ｂ 底面
３０ 半導体発光素子構造
１００ ＬＥＤ（半導体発光素子）

Claims (17)

1. 発光層を含む半導体構造を有する半導体発光素子構造を基板上に設けた半導体発光素子であって、
   前記半導体発光素子構造は、前記半導体構造の上端面において、前記発光層より前記基板面に近い半導体層が露出した底面を有する凹状に形成された部位における第１の側面と、当該半導体発光素子構造の外周の少なくとも一部に形成された第２の側面とを有し、
   前記第１の側面は、前記発光層若しくは前記基板面に略垂直若しくは前記凹状に形成された部位の底面よりも開口部側が幅広に傾斜した面であり、かつ少なくとも一部が互いに対向するように形成され、
   前記第２の側面は、前記半導体構造の上端面と前記基板面に接する前記半導体構造の下端面とを接続し、前記上端面から前記下端面に向かって内側に傾斜する傾斜面として形成されたことを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記半導体発光素子構造は、正負電極を、前記半導体発光素子構造の上端面側に設けたことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
3. 前記正負電極の一方を、前記凹状に形成された部位の底面上に設けたことを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子。
4. 前記第１の側面は、前記凹状に形成された部位の底面を囲む全周に形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の半導体発光素子。
5. 前記半導体は窒化物半導体であり、前記基板の屈折率が前記窒化物半導体の屈折率より小さいことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の半導体発光素子。
6. 前記半導体は窒化物半導体であり、前記第２の側面が、前記窒化物半導体のエッチング面として形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の半導体発光素子。
7. 前記エッチング面が、前記半導体構造の下端面に略平行な前記窒化物半導体の（０００−１）面（Ｎ極性面）からウェットエッチングされて形成された面であることを特徴とする請求項６に記載の半導体発光素子。
8. 前記第２の側面が、前記窒化物半導体の｛１−１０２｝面であることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の半導体発光素子。
9. 前記エッチング面が、凹凸形状を有することを特徴とする請求項６乃至請求項８の何れか１項に記載の半導体発光素子。
10. 前記凹凸形状を有するエッチング面が、該凹凸形状を構成する凹部又は凸部の少なくとも一方が｛１−１０２｝面の多面体によって構成されたことを特徴とする請求項９に記載の半導体発光素子。
11. 基板上に窒化ガリウム系半導体を用いた半導体発光素子構造を有する半導体発光素子であって、
    前記窒化ガリウム系半導体は、前記基板との界面側がＮ極性面であり、前記半導体発光素子構造の端部側面の少なくとも一部は、前記窒化ガリウム系半導体の｛１−１０２｝面によって構成されたことを特徴とする半導体発光素子。
12. 前記端部側面が、前記半導体発光素子構造の上端面側から前記下端面側に向かって内側に傾斜する傾斜面として形成されたことを特徴とする請求項１１に記載の半導体発光素子。
13. 発光層を含む半導体構造を有する半導体発光素子構造を備えた半導体発光素子の製造方法であって、
    基板上に、前記半導体構造を前記基板との界面として前記半導体発光素子構造を形成する工程と、
    前記半導体構造の上端面と異なる結晶面を露出させる工程と、
    前記半導体構造に、ウェットエッチングによって前記発光層若しくは前記基板面に垂直な面に対して傾斜した側面を形成する工程と、を含み、
    前記ウェットエッチングにおいて、前記半導体構造の上端面と異なる結晶面におけるエッチングレートは、前記半導体構造の上端面におけるエッチングレートよりも大きいことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
14. 前記半導体構造の上端面と異なる結晶面を露出させる工程は、前記半導体構造との界面を構成する前記基板面を露出させることを特徴とする請求項１３に記載の半導体発光素子の製造方法。
15. 前記ウェットエッチングにおいて、前記半導体構造の前記露出させた結晶面側の端部が、前記半導体構造の上端面側の端部よりも前記半導体構造の内側になるまでウェットエッチングすることを特徴とする請求項１４に記載の半導体発光素子の製造方法。
16. 基板上に該基板との界面がＮ極性面である窒化ガリウム系半導体を用いた半導体発光素子構造を有する半導体発光素子の製造方法であって、
    前記基板上に、ｎ型半導体層とｐ型半導体層とを含み、該ｎ型半導体層と該ｐ型半導体層との間に発光層を有する半導体構造を形成する工程を具備し、
    該半導体構造を形成する工程の後に、
    前記ｐ型半導体層の上に、ｐ側電極を形成する工程と、
    前記半導体構造においてｎ側電極を形成する領域を前記ｎ型半導体層が露出するまでエッチングする工程と、
    前記露出したｎ型半導体層の上に、ｎ側電極を形成する工程と、
    前記半導体構造の一部を、前記基板面が露出するまでエッチングして、前記半導体発光素子構造に端部を形成する工程と、
    前記基板面が露出した前記半導体発光素子構造の端部を、前記界面からウェットエッチングする工程と、
    を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
17. 基板上に該基板との界面がＮ極性面である窒化ガリウム系半導体を用いた半導体発光素子構造を有する半導体発光素子の製造方法であって、
    前記基板上に、ｎ型半導体層とｐ型半導体層とを含み、該ｎ型半導体層と該ｐ型半導体層との間に発光層を有する半導体構造を形成する工程を具備し、
    該半導体構造を形成する工程の後に、
    前記半導体構造の一部を、前記基板面が露出するまでエッチングして、複数の半導体発光素子構造の間に、前記半導体構造の端部を形成する工程と、
    前記基板面が露出した前記半導体構造の端部を、前記界面からウェットエッチングし、前記複数の半導体発光素子構造間の、互いに隣接する前記半導体構造の端部間の距離を、前記半導体構造の上端面側より基板面側で広くする工程と、
    前記複数の半導体発光素子構造間の、互いに隣接する前記半導体構造の端部間で、前記基板を切断して、各半導体発光素子に分離する工程と、
    を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。

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